CN111255619A - 一种海浪能转换装置及海浪能转换方法 - Google Patents

一种海浪能转换装置及海浪能转换方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海浪能转换装置及海浪能转换方法，属于波浪能转化技术领域。一种海浪能转换装置，包括：依次连通的第一变形组件、发电装置、以及第二变形组件；第一变形组件和第二变形组件沿远海至海岸的方向交错设置，第一变形组件和第二变形组件分别具有变形腔体。本发明通过第一变形组件和第二变形组件的协同变形，使流体在第一变形组件和第二变形组件之间流通，并带动发电装置工作，实现能量的转化，装置整体简单，中间环节少，不但能利用远海至海岸方向的海浪，还能利用海岸至远海方向的海浪，能量转化效率高，电力输出稳定。

Description

一种海浪能转换装置及海浪能转换方法
技术领域
本发明涉及波浪能转化技术领域，具体涉及一种海浪能转换装置及海浪能转换方法。
背景技术
近年来，波浪能作为一种可再生清洁能源，已经通过各种方式对波浪能进行转化运用。目前，波浪能的转化方式主要为三种，一是振荡水柱型，用一个容积固定的、与海水相通的容器装置，通过波浪产生的水面位置变化引起容器内的空气容积发生变化，压缩容器内的空气，用压缩空气驱动叶轮，带动发电装置发电。二是机械型，利用波浪的运动推动装置的活动部分-鸭体、筏体、浮子等，活动部分压缩中间介质，通过中间介质推动转换发电装置发电。三是水流型，利用收缩水道将波浪引入高位水库形成水位差(水头)，利用水头直接驱动水轮发电机组发电。这三种转化方式的中间环节多，效率低，导致电力输出波动性大，从而影响波浪能发电大规模开发利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海浪能转换装置及海浪能转换方法，以解决现有波浪能转化方式中间环节多，效率低的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种海浪能转换装置，包括：依次连通的第一变形组件、发电装置、以及第二变形组件；第一变形组件和第二变形组件沿远海至海岸的方向交错设置，第一变形组件和第二变形组件分别具有变形腔体。
本发明通过第一变形组件和第二变形组件的协同变形，使流体在第一变形组件和第二变形组件之间流通，并带动发电装置工作，实现能量的转化，装置整体简单，中间环节少，不但能利用远海至近岸方向的海浪，还能利用海岸至远海方向的海浪，能量转化效率高，电力输出稳定。
在初始状态，第一变形组件和第二变形组件的变形腔体中充满流体，流体的量能够满足第一变形组件的变形腔体不变形，而第二变形组件的变形腔体变形。
海浪从远海至海岸方向移动时，第一变形组件在海浪的挤压下变形，使第一变形组件的变形腔体的容积减小，流体从第一变形组件流通至第二变形组件中，第二变形组件的变形腔体在流体的作用下变形，使第二变形组件的容积增大，实现第二变形组件的变形，流体从第一变形组件向第二变形组件流通时，会带动发电装置工作，实现波浪能转换为流体动能再转化为电能。
海浪从海岸至远海方向移动时，第一变形组件和第二变形组件的变形过程相反，流体从第二变形组件向第一变形组件流通，此时也会带动发电装置工作，实现波浪能转换为流体动能再转化为电能。
此外，在较大波浪出现时，波浪会漫过各变形组件，在水下的变形组件不容易受到较大风浪损伤，从而提高抗风浪能力。
进一步地，上述第一变形组件设有与其变形腔体连通的第一出水口和第一入水口，第二变形组件设有与其变形腔体连通的第二出水口和第二入水口，第一出水口、第一入水口、第二出水口和第二入水口分别设有单向阀；
第一出水口通过第一管道与第二出水口连通；第一入水口通过第二管道与第二入水口连通，第一管道通过第三管道与第二管道连通；第三管道与发电装置连通。
本发明的第一变形组件和第二变形组件分别设置出、入水口，并且在相应出、入水口的位置设置单项阀，可以使流体无论在哪种波浪下，在发电装置中的流通方向相同，从而避免流体在发电装置中进行正向和逆向运动，提高能量的利用率，同时减小电力输出波动。
进一步地，上述第一变形组件和第二变形组件的底侧分别通过支撑杆与海底连接。
进一步地，上述发电装置包括水力发电机和密封腔室，水力发电机安装在密封腔室内，并且密封腔室固定在海底。
本发明的第一变形组件和第二变形组件中的流体可以是无腐蚀性流体，如淡水，水力发电机可以不与海水接触，由于流体会自动为水力发电机散热，可以将水力发电机置于密封腔室中，从而水力发电机不用考虑海水腐蚀的问题，大大降低了制造成本。
进一步地，上述第一变形组件和第二变形组件均包括骨架和设置在骨架内的密封膜；骨架的各节点通过球铰连接；密封膜内设有变形腔体。
本发明的第一变形组件和第二变形组件由骨架和密封膜形成时，各变形组件只要接触波浪，即可变形，因此，海浪的方向为远海至海岸方向，海浪越过第一变形组件与第二变形组件接触时，也会使第二变形组件变形(波浪方向反向时原理一致)，从而同一波浪可以使流体流通发电装置两次，从而大大提高了波浪的利用率，提高电力转化频率，从而使电力输出更加稳定。
进一步地，上述第一变形组件和第二变形组件均包括收集件；收集件设有开口，开口处设有弹性膜，第一变形组件和第二变形组件中的开口彼此朝向相反方向，弹性膜与收集件之间设有变形腔体。
本发明第一变形组件中的弹性膜在受到远海至海岸方向海浪的冲击时，会向收集件内部移动，从而将流体挤压至第二变形组件中，同时由于各弹性膜的回弹作用，使流体部分回到第二变形组件中，流体的两次流动均会带动发电装置的工作，从而提高了转化效率。波浪方向反向时原理一致。
进一步地，上述收集件均呈鱼嘴状。
一种基于上述海浪能转换装置的海浪能转换方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1第一变形组件受到远海波浪冲击变形，第一变形组件内的流体流动，波浪能转换为流体的动能，流体流经发电装置，带动发电装置工作，流体的动能转化为电能；
S2第一变形组件内的流体流过发电装置后，进入第二变形组件内；
S3第二变形组件受到近岸波浪冲击变形，第二变形组件内的流体流动，波浪能转换为流体的动能，流体流经发电装置，带动发电装置工作，流体的动能转化为电能；
S4第二变形组件内的流体流过发电装置后，进入第一变形组件内。
本发明的海浪能转换方法能够通过海浪使两个变形组件之间协同变形，其内部的流体流通发电装置而实现波浪能—流体动能—电能的转化过程，其转化过程简单，中间环节少，能量转化效率高，电力输出稳定。
进一步地，上述步骤S1中，流体依次从第一出水口、第一管道和第三管道流入发电装置；
步骤S2中，流体依次从第三管道、第二管道以及第二入水口进入第二变形组件内；
步骤S3中，流体依次从第二出水口、第一管道和第三管道流入发电装置；
步骤S4中，流体依次从第三管道、第二管道以及第一入水口进入第一变形组件内。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过第一变形组件和第二变形组件的协同变形，使流体在第一变形组件和第二变形组件之间流通，并带动发电装置工作，实现能量的转化，装置整体简单，中间环节少，不但能利用远海至海岸方向的海浪，还能利用海岸至远海方向的海浪，能量转化效率高，电力输出稳定。
(2)本发明流体在第一变形组件和第二变形组件之间流通时，流体在发电装置中的流通方向始终一致，从而避免流体在发电装置中进行正向和逆向运动，提高能量的利用率，同时减小电力输出波动。
附图说明
图1为本发明实施例1的海浪能转换装置的流程示意图；
图2为本发明实施例1的第一变形组件的结构示意图；
图3为本发明实施例2的海浪能转换装置的流程示意图；
图4为本发明实施例2的第一变形组件的结构示意图。
图中：10-第一变形组件；11-第一出水口；12-第一入水口；20-第二变形组件；21-第二出水口；22-第二入水口；30-发电装置；40-单向阀；50-第一管道；60-第二管道；70-第三管道；80-支撑杆；110-骨架；120-密封膜；210-收集件；220-开口；230-弹性膜。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
请参照图1，一种海浪能转换装置，包括：均设置在近海处的并依次连通的第一变形组件10、发电装置30以及第二变形组件20。第一变形组件10和第二变形组件20沿远海至海岸方向交错设置，使波浪在经过第一变形组件10或第二变形组件20后，还能以完整的海浪形式与第二变形组件20或第一变形组件10接触。发电装置30位于第一变形组件10和第二变形组件20之间，并且发电装置30分别与第一变形组件10和第二变形组件20连通。由于近海的波浪比较规律，有利于发电，因此，为了使电力输出波动稳定，海浪能转换装置安装在近海处。
第一变形组件10设有第一出水口11和第一入水口12，第二变形组件20设有第二出水口21和第二入水口22。第一出水口11通过第一管道50与第二出水口21连通，第一入水口12通过第二管道60与第二入水口22连通，第一管道50的中部通过第三管道70与第二管道60连通。发电装置30与第三管道70连通。
发电装置30包括水力发电机(未示出)和密封腔室(未示出)。水力发电机与第三管道70连通，并且水力发电机安装在密封腔室中，密封腔室固定安装在海底。由于水力发电机不会接触海水，因此不会考虑海水腐蚀问题，大大降低制造成本。
第一出水口11、第一入水口12、第二出水口21和第二入水口22分别设有单向阀40。
第一出水口11处的单向阀40方向：第一变形组件10至第一管道50；
第一入水口12处的单向阀40方向：第二管道60至第一变形组件10；
第二出水口21处的单向阀40方向：第二变形组件20至第一管道50；
第二入水口22处的单向阀40方向：第二管道60至第二变形组件20。
请参照图2，第一变形组件10和第二变形组件20在变形前的结构一致，本实施例仅对第一变形组件10的结构进行说明。
第一变形组件10包括骨架110和密封膜120。骨架110整体呈长方体，各节点处通过球铰连接，骨架110的底侧通过支撑杆80固定在海底。骨架110在变形时，其容积减小，从而挤压密封膜120，密封膜120中的流体进行流动。密封膜120的内部设有变形腔体，在海浪的挤压作用下，骨架110发生变形，从而挤压密封膜120，使密封膜120变形。
第一变形组件10中的变形腔体分别与第一出水口11和第一入水口12连通，第二变形组件20中的变形腔体分别与第二出水口21和第二入水口22连通。
海浪从远海至海岸方向移动时，海浪能转换装置的工作原理：(1)第一变形组件10先接触海浪，并在海浪的挤压下变形，容积变小；(2)第一变形组件10中的流体通过第一出水口11处的单向阀40，由于第二出水口21处的单向阀40的阻挡，流体进入第三管道70中，并在发电装置30中流动，使发电装置30工作；(3)水流从第三管道70流出后，由于第一变形组件10的容积在减小，流体不会从第一入水口12处流入到第一变形组件10中，只会从第二入水口22流入到第二变形组件20内。
海浪从海岸至远海方向移动时，海浪能转换装置的工作原理与上述海浪从远海至海岸方向移动时，海浪能转换装置的工作原理一致。
实施例2
请参照图3和图4，本实施例与实施例1的区别在于，第一变形组件10和第二变形组件20的结构不同。在本实施例中，第一变形组件10和第二变形组件20的结构一致，本实施例仅对第一变形组件10的结构进行说明。
第一变形组件10包括呈鱼嘴状的收集件210，收集件210的一端设有开口220，另一端设有第一出水口11和第一入水口12。开口220处设有弹性膜230，弹性膜230与收集件210密封连接，弹性膜230与收集件210之间具有变形腔体，弹性膜230在变形时，会向收集件210的内侧底部延伸，变形腔体变形，使流体在挤压作用下流动。第一变形组件10中的变形腔体分别与第一出水口11和第一入水口12连通，第二变形组件20中的变形腔体分别与第二出水口21和第二入水口22连通。
本实施例海浪能转换装置的工作原理与实施例1海浪能转换装置的工作原理的区别在于，第一变形组件10和第二变形组件20的变形方式不同。实施例1中，第一变形组件10和第二变形组件20的变形方式为整体变形；本实施例中，第一变形组件10和第二变形组件20的变形方式为海浪使弹性膜230变形，并向收集件210的内侧底部延伸。
实施例3
一种基于实施例1或实施例2海浪能转换装置的海浪能转换方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：第一变形组件10受到远海波浪冲击变形，第一变形组件10内的流体依次从第一出水口11、第一管道50和第三管道70流入发电装置30，波浪能转换为流体的动能，流体流经发电装置30，带动发电装置30工作，流体的动能转化为电能；
S2：第一变形组件10内的流体流过发电装置30后，流体依次从第三管道70、第二管道60以及第二入水口22进入第二变形组件20内；
S3：第二变形组件20受到近岸波浪冲击变形，第二变形组件20内的流体依次从第二出水口21、第一管道50和第三管道70流入发电装置30，波浪能转换为流体的动能，流体流经发电装置30，带动发电装置30工作，流体的动能转化为电能；
S4：第二变形组件20内的流体流过发电装置30后，流体依次从第三管道70、第二管道60以及第一入水口12进入第一变形组件10内。
在本发明的其它实施例中，通过两个变形后能改变容积的部件，并利用两个部件之间的协同变形实现波浪能转化为电能的方法和装置，均落在本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种海浪能转换装置，其特征在于，包括：依次连通的第一变形组件(10)、发电装置(30)以及第二变形组件(20)；所述第一变形组件(10)和第二变形组件(20)沿远海至海岸的方向交错设置，所述第一变形组件(10)和第二变形组件(20)分别具有变形腔体。
2.根据权利要求1所述的海浪能转换装置，其特征在于，所述第一变形组件(10)设有与其变形腔体连通的第一出水口(11)和第一入水口(12)，所述第二变形组件(20)设有与其变形腔体连通的第二出水口(21)和第二入水口(22)，所述第一出水口(11)、第一入水口(12)、第二出水口(21)和第二入水口(22)分别设有单向阀(40)；
所述第一出水口(11)通过第一管道(50)与第二出水口(21)连通；所述第一入水口(12)通过第二管道(60)与所述第二入水口(22)连通，所述第一管道(50)通过第三管道(70)与第二管道(60)连通；所述第三管道(70)与所述发电装置(30)连通。
3.根据权利要求2所述的海浪能转换装置，其特征在于，所述第一变形组件(10)和第二变形组件(20)的底侧分别通过支撑杆(80)与海底连接。
4.根据权利要求3所述的海浪能转换装置，其特征在于，所述发电装置(30)包括水力发电机和密封腔室，所述水力发电机安装在所述密封腔室内，并且所述密封腔室固定在所述海底。
5.根据权利要求1至4任一项所述的海浪能转换装置，其特征在于，所述第一变形组件(10)和第二变形组件(20)均包括骨架(110)和设置在所述骨架(110)内的密封膜(120)；所述骨架(110)的各节点通过球铰连接；所述密封膜(120)内设有所述变形腔体。
6.根据权利要求1至4任一项所述的海浪能转换装置，其特征在于，所述第一变形组件(10)和第二变形组件(20)均包括收集件(210)；所述收集件(210)设有开口(220)，所述开口(220)处设有弹性膜(230)，所述第一变形组件(10)和第二变形组件(20)中的开口(220)彼此朝向相反方向，所述弹性膜(30)与所述收集件(210)之间设有所述变形腔体。
7.根据权利要求6所述的海浪能转换装置，其特征在于，所述收集件(210)均呈鱼嘴状。
8.一种基于权利要求1至7任一项所述的海浪能转换装置的海浪能转换方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：第一变形组件(10)受到远海波浪冲击变形，第一变形组件(10)内的流体流动，波浪能转换为流体的动能，流体流经发电装置(30)，带动发电装置(30)工作，流体的动能转化为电能；
S2：第一变形组件(10)内的流体流过发电装置(30)后，进入第二变形组件(20)内；
S3：第二变形组件(20)受到近岸波浪冲击变形，第二变形组件(20)内的流体流动，波浪能转换为流体的动能，流体流经发电装置(30)，带动发电装置(30)工作，流体的动能转化为电能；
S4：第二变形组件(20)内的流体流过发电装置(30)后，进入第一变形组件(10)内。
9.根据权利要求8所述的海浪能转换方法，其特征在于，
步骤S1中，流体依次从第一出水口(11)、第一管道(50)和第三管道(70)流入发电装置(30)；
步骤S2中，流体依次从第三管道(70)、第二管道(60)以及第二入水口(22)进入第二变形组件(20)内；
步骤S3中，流体依次从第二出水口(21)、第一管道(50)和第三管道(70)流入发电装置(30)；
步骤S4中，流体依次从第三管道(70)、第二管道(60)以及第一入水口(12)进入第一变形组件(10)内。
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